Defectos de forja: Tipos, causas y control de calidad

Para garantizar la calidad, las piezas forjadas metálicas deben someterse a una inspección de calidad. En función de los requisitos de uso (normas de inspección) y del alcance de los defectos, las piezas forjadas con defectos detectados durante la inspección se califican, se desechan o se utilizan tras su reparación.

I. Clasificación de los defectos de forja y sus causas

1. Clasificación de los defectos de forja

La clasificación de los defectos de forja se muestra en la Tabla 1.

Cuadro 1 Clasificación de los defectos de forja

2. Principales características y causas de los defectos de forja

Diferentes procesos pueden producir diferentes formas de defectos, pero la misma forma de defecto también puede provenir de diferentes procesos. Dado que las causas de los defectos de forja suelen estar relacionadas con diversos factores, como el proceso de producción de la materia prima y el proceso de tratamiento térmico posterior a la forja, no analice las causas de los defectos de forja de forma aislada.

Las principales características y causas de los defectos de forja figuran en el cuadro 2.

Cuadro 2 Principales características y causas de los defectos de forja

Nombre del defecto	Características principales	Causas y consecuencias
1. Defectos derivados de las materias primas
Grietas finas (hendiduras)	Grietas finas localizadas en la superficie del acero, con una profundidad de 0,5 a 1,5 mm.	Durante el laminado del acero, las burbujas subcutáneas del lingote de acero se alargan y revientan. Si no se eliminan antes de la forja, pueden provocar grietas en las piezas forjadas.
Costra	Capa de película fina fácilmente pelable que existe en zonas locales de la superficie del acero, con un espesor de aproximadamente 1,5 mm. No se puede soldar durante la forja y aparece en la superficie de la pieza forjada en forma de costras	Durante la colada, el líquido de acero salpica y se solidifica en la superficie del lingote de acero, y se comprime formando una fina película durante el laminado, que se adhiere a la superficie del material laminado en forma de costras. Tras la forja y el decapado, las costras se desprenden, dejando picaduras en la superficie de la pieza forjada.
Plegar (plegado)	Los pliegues aparecen en ambos extremos del diámetro en la cara extrema del material laminado, formando el pliegue un ángulo con la tangente del arco. El interior del pliegue contiene inclusiones oxidadas, y la descarburación se produce a su alrededor	El dimensionado incorrecto de la ranura del rodillo en el laminador, o las rebabas producidas en la superficie desgastada de la ranura, se convierten en pliegues durante el laminado. Si no se eliminan antes de la forja, permanecerán en la superficie de la pieza forjada
Inclusiones no metálicas	En la sección longitudinal del material laminado aparecen inclusiones no metálicas alargadas o rotas pero longitudinalmente discontinuas. Las primeras, como sulfuros, y las segundas, como óxidos, silicatos quebradizos.	Principalmente debido a reacciones químicas entre el metal y el gas del horno, contenedor durante la fusión; además, causado por materiales refractarios, arena, etc., que caen en el acero fundido durante la fusión y la colada.
Fractura laminar	A menudo se produce en la parte central del material de acero. En la fractura o sección transversal del acero, aparecen unas morfologías similares a pizarras o cortezas rotas. Este defecto es más frecuente en los aceros aleados, especialmente en los aceros al cromo-níquel, al molibdeno-níquel-tungsteno, y también se encuentra en los aceros al carbono.	En el acero existen inclusiones no metálicas, segregación dendrítica, porosidad, flojedad y otros defectos, que se alargan longitudinalmente durante la forja y el laminado, haciendo que la fractura del acero aparezca en capas. La fractura laminar reduce significativamente las propiedades mecánicas transversales de los materiales de acero, y la forja es muy propensa a la delaminación y la rotura.
Zona de segregación	Bajo un microscopio de baja potencia, en la dirección longitudinal de algunas piezas forjadas de acero estructural aleado (como 40CrNiMoA, 38CrMoAIA, etc.), aparecen defectos en forma de rayas o bandas diferentes de las líneas de flujo a lo largo de la dirección de la línea de flujo. La microdureza de la zona defectuosa difiere significativamente de la de la zona normal.	La zona de segregación se debe principalmente a la segregación de elementos de aleación durante el proceso de producción de materias primas. Las zonas de segregación leve tienen poco impacto en las propiedades mecánicas, mientras que la segregación severa reducirá significativamente la plasticidad y la tenacidad de la forja.
Líneas o bandas brillantes	En la superficie de la forja o en la superficie procesada de la forja aparecen líneas brillantes de longitud variable. La mayoría de las líneas brillantes se distribuyen a lo largo de la dirección longitudinal de la forja. Este defecto se produce principalmente en las aleaciones de titanio y las piezas forjadas de superaleaciones.	Causadas por la segregación de elementos de aleación. En las piezas forjadas de aleaciones de titanio, las líneas brillantes pertenecen sobre todo a zonas de baja segregación de aluminio y baja segregación de vanadio; en las piezas forjadas de superaleaciones, las zonas de líneas brillantes suelen tener niveles más altos de elementos como níquel, cromo y cobalto La presencia de líneas brillantes reduce la plasticidad y tenacidad del material
El nivel de segregación del carburo no cumple la norma	A menudo se produce en aceros aleados con alto contenido en carbono, como el acero rápido y el acero para matrices de trabajo en frío con alto contenido en cromo, caracterizado por una zona local con una mayor concentración de carburos, lo que provoca que la segregación de carburos supere la norma permitida.	Causada por la ruptura insuficiente y la distribución uniforme de carburos eutécticos de ledeburita en el acero durante la apertura de tochos y la laminación. La segregación severa del carburo puede provocar fácilmente que las piezas forjadas se sobrecalienten, se quemen o se agrieten.
Manchas blancas	Manchas blancas plateadas circulares u ovaladas en la sección longitudinal del tocho de acero, y grietas finas en la sección transversal. El tamaño de las manchas blancas varía, con longitudes de 1～20mm o más. Las manchas blancas son comunes en el acero estructural aleado y también se encuentran en el acero al carbono ordinario.	Causadas por el alto contenido de hidrógeno en el acero y la gran tensión organizativa durante la transformación de fase. Los tochos de acero de gran tamaño son propensos a la aparición de manchas blancas cuando se enfrían rápidamente tras la forja y el laminado. Las manchas blancas son grietas internas ocultas que reducen la plasticidad y la resistencia del acero. Los puntos blancos son puntos de concentración de tensiones que, bajo cargas alternas, son propensos a causar grietas por fatiga.
Residuo de porosidad de contracción	Durante la inspección a bajo aumento de las piezas forjadas, aparecen huecos irregulares en forma de arrugas, parecidos a grietas, de color marrón oscuro o blanco grisáceo; a gran aumento, se encuentra una gran cantidad de inclusiones no metálicas cerca del residuo de porosidad de contracción, que son quebradizas y fáciles de desprender.	Debido a que los poros de contracción concentrados que se producen en la parte ascendente de la cadena de acero no se eliminan limpiamente, permanecen en el interior del tocho de acero durante el desbaste y el laminado.
Anillos de grano grueso en varillas extruidas de aleación de aluminio	Las varillas extruidas de aleación de aluminio suministradas después del tratamiento térmico presentan granos gruesos en forma de anillo en la capa exterior de la sección transversal, conocidos como anillos de grano grueso. El grosor de los anillos de grano grueso aumenta gradualmente desde el principio hasta el final de la varilla.	Principalmente debido a la presencia de elementos como Mn, Cr en la aleación de aluminio, y a la severa deformación de la capa superficial de la varilla causada por la fricción entre el metal y la pared del cilindro de extrusión durante la extrusión. Las palanquillas con anillos de grano grueso son propensas a agrietarse durante el forjado y, si se dejan en las piezas forjadas, reducirán el rendimiento de las piezas.
Película de óxido de aleación de aluminio	En la estructura de bajo aumento de la forja, la película de óxido se distribuye a lo largo de las líneas de flujo del metal, apareciendo como líneas cortas negras. En la superficie de fractura perpendicular a la dirección longitudinal de la película de óxido, la película de óxido aparece como rasgada y estratificada; en la superficie de fractura paralela a la dirección longitudinal de la película de óxido, la película de óxido aparece como escamosa o densamente punteada. La película de óxido en el interior de la matriz se aprecia fácilmente en la placa ventral o cerca de la superficie de separación.	Los óxidos que no se eliminan del líquido de aluminio durante la fusión se introducen en el líquido metálico durante el proceso de fundición, y se alargan y adelgazan durante la extrusión, la forja y otros procesos de deformación para convertirse en películas de óxido. La película de óxido tiene un pequeño impacto en las propiedades mecánicas longitudinales de la forja, pero tiene un mayor impacto en las transversales, especialmente en las propiedades mecánicas transversales cortas. Comparando según la categoría de las piezas forjadas y el nivel de la película de óxido, sólo se desechan las que no cumplen los requisitos.
2. Defectos generados por el corte.
Corte oblicuo	La cara extrema del tocho está inclinada con respecto al eje del tocho, superando el valor permitido.	Causado por el material de la barra no se sujeta firmemente durante el corte Las piezas en bruto cortadas en ángulo son propensas a doblarse durante el recalcado y difíciles de colocar durante el forjado de la matriz, formando pliegues con facilidad.
El extremo de la pieza en bruto está doblado y tiene rebabas	Durante el corte, parte del metal se introduce en el espacio entre las tijeras, formando rebabas afiladas, y el extremo de la pieza en bruto se dobla y deforma.	Debido a que la separación entre las cuchillas de la cizalla es demasiado grande, o a que el filo de la cuchilla no está afilado, lo que da lugar a una pieza bruta con rebabas, la forja es propensa a doblarse.
El extremo de la pieza en bruto está abollado o sobresale	El metal de la parte central del extremo de la pieza en bruto está rasgado, por lo que hay protuberancias o abolladuras en la superficie del extremo.	La separación entre las cuchillas es demasiado pequeña, el metal de la parte central de la pieza en bruto no se corta sino que se desgarra, lo que provoca que se arranque parte del metal. Estas piezas son propensas a doblarse y agrietarse durante el forjado.
Grietas finales	Principalmente se producen al cortar tochos de gran sección, y estas grietas también se producen al cizalla acero aleado o acero con alto contenido de carbono en estado frío.	Causado por una dureza del material demasiado elevada y una presión unitaria demasiado grande sobre la cuchilla durante el cizallado. El forjado hará que las grietas de los extremos se dilaten aún más.
Agrietamiento del núcleo del punzón.	Al cortar material en un torno, a menudo queda un núcleo de punzón en la cara final del tocho. Si no se elimina, puede provocar grietas alrededor del núcleo del punzón durante el forjado.	Debido a la pequeña sección transversal del núcleo del punzón, éste se enfría rápidamente; la gran superficie de la cara frontal se enfría lentamente, lo que provoca la formación de grietas alrededor del núcleo del punzón.
Grietas por corte con gas.	Generalmente situada en la cara extrema o en el extremo del tocho, la boca de la grieta es rugosa.	Precalentamiento insuficiente antes del corte por gas, lo que provoca la formación de grandes tensiones térmicas y la causa.
Grietas de corte de la muela abrasiva	Cuando se cortan superaleaciones con una muela abrasiva en frío, a menudo se producen grietas en la cara del extremo. A veces, estas grietas solo pueden verse a simple vista después del calentamiento.	Las superaleaciones tienen una conductividad térmica deficiente, y la gran cantidad de calor generado por el corte con muela abrasiva no puede evacuarse rápidamente, formando una gran tensión térmica en la superficie de corte, e incluso produciendo microgrietas. El calentamiento genera de nuevo una mayor tensión térmica, provocando que las microfisuras se expandan hasta convertirse en grietas visibles.
3. Defectos causados por el calentamiento
Sobrecalentamiento	Fenómeno de granos gruesos causado por temperaturas de calentamiento excesivamente altas. La característica del acero al carbono sobrecalentado es la aparición de la estructura Widmanstätten; en el caso de los aceros para herramientas y matrices, se caracteriza por carburos primarios, y en el caso de algunos aceros estructurales aleados como 18Cr2Ni4WA, 20Cr2Ni4A, además de granos gruesos, también se produce precipitación de MnS a lo largo de los límites, que no es fácil de eliminar con los métodos habituales de tratamiento térmico.	Causadas por temperaturas de calentamiento excesivamente altas o tiempos de calentamiento demasiado largos, o por no tener en cuenta el efecto del calor de deformación. El sobrecalentamiento reducirá las propiedades mecánicas de las piezas forjadas de acero, especialmente la plasticidad y la tenacidad al impacto. En general, el sobrecalentamiento de las piezas forjadas de acero puede eliminarse mediante recocido o normalizado.
"Superficie "piel de sapo	Los tochos de las aleaciones de aluminio y cobre forman una "piel de sapo" o una superficie rugosa similar a la piel de naranja durante el recalcado y, en casos graves, también pueden agrietarse.	Debido al sobrecalentamiento de la palanquilla, es causada por granos gruesos Las piezas brutas de aleación de aluminio con anillos de grano grueso también presentarán este fenómeno durante el recalcado
Widmanstätten α fase o β fragilidad.	Tras el sobrecalentamiento del tocho de aleación de titanio (α+β), la característica de su microestructura es que la fase α precipita a lo largo de los gruesos límites de grano β originales y dentro de los granos en forma de franja gruesa. La fase α en forma de tira gruesa precipitada dentro de los granos se dispone en una dirección determinada, formando lo que se denomina fase α Widmanstätten	La forja de aleación de titanio con Widmanstätten fase α causada por la temperatura de calentamiento superior a la temperatura de transformación β de la aleación de titanio (α+β) ha reducido significativamente el índice de plasticidad a la tracción, que es la llamada fragilidad β El tratamiento térmico no puede eliminar la β fragilidad
Sobrecombustión de piezas forjadas de acero	Los granos de la zona sobrequemada son particularmente gruesos, la oxidación es particularmente severa y la superficie entre las grietas tiene un aspecto gris azulado claro. Tras la sobrecombustión del acero al carbono y del acero estructural aleado, se produce oxidación y fusión en los límites del grano. Tras la sobrecombustión del acero para herramientas y matrices, aparece ledeburita en forma de espina de pescado en los límites de grano debido a la fusión.	Causada por una temperatura excesiva del horno o por una permanencia demasiado prolongada del tocho en la zona de alta temperatura. El oxígeno del horno penetra a lo largo de los límites de grano en los granos, causando oxidación o formando eutécticos de óxido fusible, lo que destruye la conexión entre los granos.
Sobrecalentamiento de piezas forjadas de aluminio	La superficie tiene un aspecto negro o negro oscuro, a veces hay burbujas parecidas a la piel de pollo en la superficie. Tras la sobrecombustión del tocho de aleación de aluminio, su microestructura mostrará fusión de los límites de grano, límites de grano triangulares o esferas refundidas. La presencia de cualquiera de estos fenómenos indica sobrecombustión.	Cuando la temperatura de calentamiento del tocho de aleación de aluminio es demasiado alta, la fase de refuerzo se funde. Tras el enfriamiento, en la microestructura pueden observarse límites de grano grueso, límites de grano triangulares o formas especiales como esferas refundidas.
Grietas en la calefacción	Generalmente, se agrieta a lo largo de la sección transversal del tocho, y la grieta se expande desde el centro hacia los alrededores Este tipo de grieta se produce a menudo en el calentamiento de aleaciones de alta temperatura y lingotes y palanquillas de acero de alta aleación.	Debido al gran tamaño del tocho, la escasa conductividad térmica y una velocidad de calentamiento demasiado rápida, existe una gran diferencia de temperatura entre el centro y la superficie del tocho, lo que provoca una tensión térmica que supera la resistencia del tocho.
Fragilidad del cobre	Las grietas aparecen en la superficie de las piezas forjadas de acero. En la inspección a gran aumento, el cobre se distribuye a lo largo de los límites del grano Este defecto puede producirse cuando se calientan materiales de acero en un horno que se ha utilizado para calentar materiales de cobre.	Los restos de óxido de cobre que quedan en el horno se reducen a cobre libre por el hierro al calentarse Los átomos de cobre fundido se difunden a lo largo de los límites de grano de la austenita a altas temperaturas, debilitando la cohesión intergranular
Fractura similar al naftaleno	Algunos pequeños planos brillantes como cristales de naftalina aparecen en la fractura de las piezas forjadas de acero. Este defecto se observa fácilmente en los aceros estructurales aleados y en los aceros rápidos para herramientas	Causado por una temperatura de calentamiento demasiado alta o un final alto temperatura de forjay la deformación no es lo suficientemente grande. La esencia de la fractura similar a la naftalina es el sobrecalentamiento, que reducirá la plasticidad y tenacidad de las piezas forjadas de acero
Fractura en forma de roca	La fractura en forma de roca es un defecto que aparece tras el sobrecalentamiento severo de los aceros estructurales aleados. Se observa en el estado templado y se caracteriza por la aparición de pequeños planos gris-blanquecinos de aspecto cementoso y brillo no metálico en la matriz fibrosa de la fractura. No puede eliminarse mediante métodos de tratamiento térmico, por lo que es un defecto inaceptable.	La temperatura de calentamiento es demasiado alta, lo que provoca la disolución de una gran cantidad de MnS, y el MnS disuelto en el acero precipita en los límites de grano grueso de austenita en partículas extremadamente finas durante el enfriamiento, debilitando la fuerza de unión de los límites de grano. El tratamiento de revenido refuerza la tenacidad de la matriz de acero, y el acero se fractura a lo largo de los límites de grano de austenita durante la rotura, formando así algunos pequeños planos sobrecalentados de color blanco grisáceo sin brillo en la fractura. Las piezas forjadas con fracturas similares a las rocas deben desecharse.
Grano grueso de bajo aumento	Los granos gruesos a bajo aumento son otro reflejo del sobrecalentamiento en las piezas forjadas de acero estructural aleado, caracterizado por la presencia de granos poligonales visibles en la muestra grabada al ácido a bajo aumento, que en casos graves parecen copos de nieve.	Los límites de grano de los granos de austenita sobrecalentados son relativamente estables, y los tratamientos térmicos habituales no consiguen eliminarlos. La recristalización sólo se produce dentro de los granos gruesos de austenita, generando varios granos pequeños nuevos dentro de un único grano de austenita. Dado que los límites de grano de los granos pequeños son finos o tienen poca diferencia de orientación, los granos gruesos originales de austenita se siguen viendo a bajo aumento como granos gruesos.
Descarburización	El contenido de carbono en la capa superficial de la pieza de acero es significativamente menor que en el interior, y el valor de dureza es inferior al requerido. El número de fases de cementita en la superficie disminuye a gran aumento. La descarburación se produce más fácilmente en los aceros con alto contenido en carbono calentados en una atmósfera oxidante, especialmente en los aceros con alto contenido en silicio.	El carbono de la capa superficial del acero se oxida a altas temperaturas. La profundidad de la capa de descarburación oscila entre 0,01 y 0,6 mm, en función de la composición del acero, la composición del gas del horno, la temperatura y la duración del calentamiento. La descarburación reduce la resistencia y la fatiga de las piezas y debilita la resistencia al desgaste.
Carburización	Las piezas forjadas calentadas en un horno de aceite presentan un aumento significativo del contenido de carbono en la superficie o en parte de la superficie, lo que aumenta la dureza. La fracción másica de carbono de la capa carburada puede alcanzar unos 1%, y en algunos puntos locales, puede incluso superar los 2%, mostrando estructura de ledeburita, con algunos espesores carburizados que alcanzan de 1,5 a 1,6mm.	Durante el calentamiento en el horno de aceite de tochos, el área transversal de las inyecciones de dos boquillas no consigue una combustión completa, o una atomización deficiente de las boquillas pulveriza gotas de aceite, lo que provoca la carburización de la superficie de la forja. Piezas forjadas con mayor contenido en carbono, propensas a la rotura de la herramienta durante el corte
Fisuración central causada por un calentamiento insuficiente	El agrietamiento central suele producirse en la cabeza del tocho, su profundidad de agrietamiento está relacionada con el calentamiento y la forja, a veces el agrietamiento penetra longitudinalmente en todo el tocho	Causado por un tiempo de aislamiento insuficiente y por no haber sido calentado a fondo, lo que provoca una baja plasticidad en el núcleo. Las aleaciones de alta temperatura tienen poca conductividad térmica, si el tamaño de la sección de la palanquilla es grande, debe darse suficiente tiempo de aislamiento.
4. Defectos generados por la forja
Agrietamiento longitudinal de la superficie del vientre	Durante el recalcado libre, se producen grietas longitudinales irregulares en la superficie de la panza de la pieza bruta debido a la tensión de tracción	Debido a la fricción entre la pieza en bruto y la superficie del yunque, se produce una deformación desigual, que da lugar a un vientre. Si la cantidad de recalcado es demasiado grande, se producirán grietas longitudinales.
Fisuración transversal (fisuración longitudinal interna)	Este tipo de grieta suele producirse en el proceso de embutición de aceros rápidos de baja plasticidad y aceros con alto contenido de cromo. Las grietas transversales se distribuyen a lo largo de la diagonal de la sección transversal del forjado, con profundidades variables de extensión longitudinal, y las graves pueden penetrar toda la longitud de la pieza en bruto.	En el proceso de girar repetidamente 90° durante el estirado, si la cantidad de avance es demasiado grande, el cizallamiento alternante máximo se producirá en la diagonal de la sección transversal de la pieza en bruto. Cuando el esfuerzo cortante supera el valor admisible del material, se forman grietas a lo largo de la dirección diagonal.
Grietas en bandas longitudinales	Se producen principalmente al estirar el material de barra redonda de redondo a cuadrado, o al achaflanar o redondear el tocho después del estirado. En la sección transversal, las grietas aparecen en la parte central en forma de tira, y la profundidad de la extensión longitudinal varía, en relación con la operación de forjado.	Al achaflanar o redondear la pieza bruta con un yunque plano, aparece una tensión de tracción en la dirección horizontal de la pieza bruta, esta tensión de tracción aumenta desde la superficie de la pieza bruta hacia el centro, alcanzando su valor máximo en el centro. Cuando supera la resistencia del material, se forman grietas internas longitudinales.
Grietas en las esquinas	Grietas de tracción dispersas que aparecen en los cuatro bordes del tocho después del estirado. Las grietas en las esquinas suelen aparecer en el proceso de estirado de tochos de acero rápido para herramientas y acero con alto contenido en cromo.	Una vez estirado el tocho en forma cuadrada, la temperatura de las esquinas desciende y aumenta la diferencia de propiedades mecánicas entre las esquinas y el cuerpo principal. Las esquinas se agrietan debido a la tensión de tracción provocada por la dificultad de flujo del metal.
Grietas transversales internas	Grietas en forma de banda que aparecen a lo largo de la dirección de la altura en la sección longitudinal del tocho. Al estirar tochos de acero rápido y acero con alto contenido de cromo, si la relación de avance es inferior a 0,5, es probable que se produzcan estas grietas.	Cuando la relación de alargamiento es inferior a 0,5, la tensión de tracción se generará en la dirección axial del tocho. Cuando supere la resistencia a la tracción de alguna parte débil del tocho, provocará grietas transversales en ese lugar.
Grieta de perforación	Grietas que aparecen radialmente a lo largo del borde del punzonado. Más comunes en el punzonado de acero al cromo.	Causado por el núcleo del punzón no precalentado, precalentamiento insuficiente o demasiada deformación en un punzón.
Grieta de forja dúplex	Grietas que se producen a lo largo de la interfaz de la fase α y la fase γ o en la fase α más débil al forjar tochos de acero inoxidable austenítico-ferrítico o acero semimartensítico.	Causado por un exceso de fase α (más de 12% en el acero inoxidable austenítico-ferrítico, más de 10% en el acero semimartensítico) y una temperatura de calentamiento elevada.
Grieta en la línea de separación	Grietas que aparecen a lo largo de la línea de separación de la forja, a menudo reveladas tras el recorte.	Causadas por inclusiones no metálicas en la materia prima, cavidades de contracción residual o flojedad, y apretamiento en la línea de partición durante la forja.
Perforación del hilo	En la raíz de la costilla o saliente de la pieza forjada con forma de L,  -y en forma de H, aparecen grietas paralelas a la superficie de separación.	Debido al exceso de tocho, una vez rellenadas las nervaduras, hay más exceso de metal en la banda. Durante la forja continua, el exceso de metal en la banda fluye violentamente hacia la ranura de rebaba, generando un gran esfuerzo cortante en la raíz de las nervaduras. Cuando supera la resistencia al cizallamiento del metal, se produce la perforación de la rosca.
Banda de cizallamiento	En la sección transversal a bajo aumento de la forja aparece una zona de grano fino errante. Ocurre a menudo en aleaciones de titanio y forjas de aleaciones de alta temperatura forjadas a bajas temperaturas.	Debido a la alta sensibilidad de las aleaciones de titanio y las aleaciones de alta temperatura al enfriamiento, durante el proceso de forja en matriz, la zona de difícil deformación próxima a la superficie de contacto se expande gradualmente, lo que provoca una intensa deformación por cizallamiento en el límite de la zona de difícil deformación. Como resultado, se produce una fuerte formación direccional, causando una disminución de las propiedades de la forja.
Estructura en bandas	Estructura en la que la ferrita u otras fases de la matriz se distribuyen en bandas en la forja. Suele darse en aceros hipoeutectoides, aceros inoxidables austeníticos-ferríticos y aceros semimartensíticos.	Debido a la deformación durante la forja bajo la coexistencia de dos fases Reduce el índice de plasticidad transversal del material y es propenso a agrietarse a lo largo de la banda de ferrita o en el límite entre las dos fases.
Distribución inadecuada de las líneas de flujo en la forja	Aparición de interrupciones en la línea de flujo, como desconexiones, reflujos y convecciones de vórtice, en la ampliación baja de la forja.	Causadas por un diseño inadecuado del molde, un tamaño y forma de tocho poco razonables y una mala selección de los métodos de forja.
Plegable	En apariencia, el pliegue es similar a las grietas. En la muestra de bajo aumento, las líneas de flujo externas del pliegue se doblan, mientras que si se trata de una grieta, las líneas de flujo se cortan. En la muestra de gran aumento, a diferencia de la parte inferior afilada de una grieta, la parte inferior del pliegue es roma, con una fuerte oxidación en ambos lados.	El plegado se forma por la confluencia de metal superficial ya oxidado durante el proceso de forja. En las piezas forjadas libres, el plegado se debe principalmente a una cantidad de alimentación demasiado pequeña durante el alargamiento, a una cantidad de prensado demasiado grande o a un radio demasiado pequeño de la esquina del bloque del yunque; en las piezas forjadas en matriz, el plegado se debe principalmente a la convección o el reflujo del metal durante el forjado en matriz.
Granulometría desigual	Algunas partes de la forja tienen granos especialmente gruesos, mientras que otras partes son más pequeñas, lo que da lugar a un tamaño de grano desigual. Los aceros resistentes al calor y las aleaciones de alta temperatura son especialmente sensibles al tamaño de grano desigual.	La temperatura inicial de forja es demasiado alta, y la cantidad de deformación es insuficiente, causando que el grado de deformación en ciertas áreas caiga en la deformación crítica; o la temperatura final de forja es demasiado baja, causando un endurecimiento por trabajo localizado de la palanquilla de aleación de alta temperatura, y un crecimiento severo del grano en esa parte durante el calentamiento por enfriamiento. Un tamaño de grano desigual puede provocar una disminución del rendimiento en resistencia y fatiga
Estructura de fundición residual	Si hay estructura de fundición residual, el alargamiento y la resistencia a la fatiga de la forja a menudo no cumplen las normas. Con poco aumento, las líneas de flujo en la zona de la estructura de colada residual no son evidentes, e incluso pueden verse cristales dendríticos. Esto ocurre sobre todo en las piezas forjadas a partir de lingotes.	Causado por una relación de forja insuficiente o un método de forja inadecuado, este defecto provoca una disminución del rendimiento de la forja, especialmente una mayor disminución de la tenacidad al impacto y del rendimiento a la fatiga.
Relleno local insuficiente	El fenómeno de llenado insuficiente en la parte superior o en los bordes de las partes elevadas de la forja se produce principalmente en las costillas, los hombros convexos y las esquinas de las piezas forjadas, lo que hace que el contorno de la forja no sea claro.	Un calentamiento insuficiente de la pieza en bruto, una mala fluidez del metal, un diseño poco razonable de la cavidad de la matriz de preforja y de la cavidad de la matriz de fabricación de tochos, y un tonelaje insuficiente del equipo pueden provocar este defecto.
Forja insuficiente	Todas las dimensiones del forjado aumentan en la dirección perpendicular a la superficie de separación, superando las dimensiones especificadas en el plano. Este defecto es más probable que se produzca en las piezas forjadas con matriz de martillo	Una resistencia excesiva en la rebaba, un tonelaje insuficiente del equipo, unas piezas brutas sobredimensionadas o demasiado grandes, una temperatura de forja baja y un desgaste excesivo de la cavidad de la matriz pueden provocar un llenado insuficiente.
Desalineación	La parte superior de la forja está desalineada con la parte inferior a lo largo de la superficie de separación.	La matriz de forja no está instalada correctamente, o hay demasiada holgura entre la cabeza del martillo y el carril guía; o no hay ningún bloqueo o poste guía en la matriz de forja para equilibrar la desalineación.
Cicatrices superficiales	La superficie local de la pieza forjada es muy rugosa, mostrando cicatrices en forma de escamas de pescado. Este tipo de defecto superficial es más probable en piezas forjadas de acero inoxidable austenítico y martensítico.	Debido a la selección inadecuada del lubricante, a la mala calidad del lubricante o a la aplicación desigual del lubricante, lo que provoca una adherencia local al molde.
5. Defectos causados por el recorte
Recorte de grietas	Grietas producidas en la superficie de separación durante el recorte	Debido a la baja plasticidad del material, se producen grietas durante el recorte. Una temperatura de recorte demasiado baja para las piezas forjadas de aleación de magnesio o demasiado alta para las piezas forjadas de aleación de cobre puede provocar dichas grietas.
Rebabas residuales	Tras el recorte, quedan rebabas de más de 0,5 mm alrededor de la superficie de separación del forjado. Si tras el recorte sigue siendo necesaria una corrección, las rebabas residuales se introducirán a presión en el cuerpo del forjado, formando pliegues.	Una separación excesiva entre las matrices de recorte, un desgaste excesivo del filo de corte o una instalación y ajuste imprecisos de la matriz de recorte pueden causar rebabas residuales.
Magulladuras superficiales	Aparecen muescas o magulladuras en la superficie de contacto local entre el forjado y el punzón.	Debido a la falta de coincidencia de forma entre el punzón y la superficie de contacto de la forja, o a que la superficie de empuje es demasiado pequeña.
Deformación por flexión o torsión	La deformación por flexión o torsión se produce en el forjado durante el recorte. Suele ocurrir en piezas forjadas delgadas, finas y de forma compleja.	Debido a que la superficie de contacto de la forja del punzón de recorte es demasiado pequeña, o se produce un contacto desigual.
6. Defectos causados por un enfriamiento inadecuado después de la forja.
Grietas de refrigeración	Las grietas son lisas y delgadas, y a veces muestran una red de grietas de tortuga. A gran aumento: Aparece estructura martensítica cerca de las grietas, sin rastros de deformación plástica. Ocurre a menudo en piezas forjadas de acero martensítico	Debido a un enfriamiento demasiado rápido después de la forja, lo que provoca grandes tensiones térmicas y estructurales. El enfriamiento lento en fosos de arena o escoria en torno a 200℃ puede evitar este tipo de grietas
Deformación por enfriamiento	Deformación por alabeo de grandes componentes de bastidor acanalado de paredes finas durante el proceso de enfriamiento tras el forjado.	Causada por la interacción de las tensiones residuales generadas durante la forja y el enfriamiento desigual. El recocido inmediato tras la forja puede evitar este defecto
475℃ grietas de fragilidad	Grietas superficiales que aparecen en piezas forjadas de acero inoxidable ferrítico enfriadas demasiado lentamente, permaneciendo demasiado tiempo en el intervalo de temperaturas de 400 a 520℃.	Debido a la estancia prolongada a 400~520℃, promueve la precipitación de cierta sustancia especial, causando fragilidad. El enfriamiento rápido a 400~520℃ puede evitar el agrietamiento
Red de carburos	Los carburos precipitan a lo largo de los límites de grano formando una red, reduciendo la plasticidad y tenacidad de la forja. Este defecto se observa a menudo en las piezas forjadas de acero con alto contenido de carbono	Debido al lento enfriamiento tras la forja, los carburos pueden precipitar a lo largo de los límites de grano, lo que hace que la forja sea propensa a agrietarse durante el oxicorte, deteriorando el rendimiento de la pieza.
7. Defectos producidos por el tratamiento térmico posterior a la forja
Dureza excesiva	Al comprobar la dureza de la pieza forjada después del tratamiento térmico, la dureza medida es superior a la exigida por las condiciones técnicas.	Causadas por un enfriamiento demasiado rápido tras la normalización, o por una composición química no cualificada del acero.
Dureza demasiado baja	La dureza de la forja es inferior a la exigida por las condiciones técnicas	Causada por una temperatura de enfriamiento demasiado baja, una temperatura de revenido demasiado alta o una descarburación superficial grave debida a múltiples calentamientos.
Dureza desigual (puntos blandos)	La dureza varía mucho en diferentes partes de la misma forja, con zonas locales de menor dureza	Causada por demasiada carga en un horno, un tiempo de mantenimiento demasiado corto o una descarburación local grave.
Deformación	Durante el proceso de tratamiento térmico, especialmente durante el enfriamiento, la forja se deforma	Causado por un proceso de tratamiento térmico poco razonable o un método de enfriamiento inadecuado.
Grietas de enfriamiento	Las grietas se producen en los puntos de concentración de tensiones, como las esquinas afiladas de la forja. A diferencia de las grietas de forja, la superficie de la pared interior de las grietas de temple no presenta fenómenos de oxidación y descarburación.	Causadas por defectos como la falta de tratamiento de precalentamiento, una temperatura de enfriamiento demasiado alta, una velocidad de enfriamiento demasiado rápida e inclusiones en el interior de la forja.
Fractura negra	La fractura es de color gris oscuro o casi negro. En la microestructura, hay una distribución algodonosa de grafito sobre perlita esferoidal irregular, que aparece a menudo en forjas de acero para herramientas con alto contenido en carbono.	Causado por el proceso de grafitización del acero y la precipitación de carbono grafítico debido a un tiempo de recocido demasiado largo después de la forja, o después de múltiples tratamientos de recocido.
8. Defectos producidos durante el proceso de limpieza de piezas forjadas
Sobrecorrosión	Aparecen picaduras o marcas de viruela en la superficie de la forja, o incluso un estado suelto y poroso.	Debido al deterioro de la solución de decapado, a un tiempo de decapado demasiado largo o a los residuos ácidos que quedan en la forja.
Grietas por corrosión	Suelen aparecer en piezas forjadas de acero inoxidable martensítico, caracterizadas por finas grietas en red en la superficie de la pieza forjada, con grietas que se extienden a lo largo de los límites de grano en la microestructura.	Al no eliminarse a tiempo la tensión residual en la pieza postforjada, se produjo corrosión bajo tensión durante el proceso de decapado, lo que dio lugar a la formación de grietas
Grietas locales por sobrecalentamiento	Grietas que aparecen al limpiar la superficie con una muela abrasiva. Esto suele ocurrir en piezas forjadas de acero inoxidable ferrítico.	Causado por un sobrecalentamiento local debido al rectificado con muela abrasiva. Se puede sustituir con un cincel de aire para limpiar sus defectos superficiales

3. Desviaciones y defectos superficiales admisibles de las piezas forjadas a presión

Las desviaciones admisibles y los defectos superficiales de las piezas forjadas se indican en la tabla 3.

Tabla 3 Desviaciones y defectos superficiales admisibles de las piezas forjadas a presión (unidad: mm)

Número de serie	Esquema	Formas de desviaciones y defectos	Calidad de forja
			1~2t	3~5t	10t
1		Rebabas alrededor:Z 1 Rebabas en el orificio interior:Z 2 Rebabas en la horquilla:Z 3	Z1=0.5～1.0 Z2 = 1.0 ～ 2.0 Z3 = 1.0 ～ 2.0	Z1 = 0,7 a 1,5 Z2 = 1.5 ～ 2.0 Z3 = 1.5 ～ 2.0	Z1 = 1.0 ～ 2.0 Z2 = 2.0 ～ 3.0
2		Profundidad del defecto superficial ①Superficie sin mecanizar (véanse los valores a la derecha de esta tabla). ②Superficie mecanizada no superior a 1/2 del margen real. Q - Picaduras o abolladuras Q 1 - Textura curvada Q 2 - Grieta	0.5 ~1.0	0. 75 ~1.5	1.0 ~2.0
3		Flexión: f (pero no superior a 1/2 del margen de la varilla)	0.8 ~1.0	0.8 ~1.5	1.0 ~2.0
4		Error: λ	0.8 ~1. 0	0.8 ~1.5	1.0 ~2.0
5		Diferencia de grosor de pared: K-K 1 = 2e (pero no superior a 1/2 franquicia)	0.8 ~1.0	1.5 ~2.0	2.5 ~3.0
6		Planitud: A (pero no superior a 1/2 tolerancia)	0.5 ~1.0	0.8 ~1.5	1.0 ~2.0

II. Contenido de la inspección de la calidad de la forja

El objetivo de la inspección de la calidad de la forja es garantizar que la calidad de las piezas forjadas cumple las normas técnicas de las mismas. Las normas técnicas de forja más comunes se muestran en la Tabla 4. El contenido de la inspección de la calidad de la forja incluye: inspección de la geometría y el tamaño de la forja, inspección de la calidad de la superficie, inspección de la calidad interna, inspección de las propiedades mecánicas e inspección de la composición química, etc.

Cuadro 4 Normas técnicas comunes de forja

Los elementos y requisitos específicos de inspección de las piezas forjadas varían en función del grado de la pieza forjada. El grado de forja se clasifica en función de las condiciones de tensión de la pieza, las condiciones de trabajo, la importancia, el tipo de material y el proceso metalúrgico. La clasificación de los grados de forja varía según los sectores industriales; algunos departamentos dividen las piezas forjadas en tres niveles y otros en cuatro o cinco niveles.

La tabla 5 clasifica las piezas de forja en tres niveles e indica los elementos de inspección para cada nivel. La tabla 6 es la norma de los métodos de ensayo para cada elemento de inspección de las piezas forjadas. Para algunas piezas forjadas con requisitos especiales, la inspección también debe realizarse de acuerdo con las especificaciones del documento de condiciones técnicas específico.

Tabla 5 Grados de forja y elementos de inspección

Tabla 6 Normas de métodos de ensayo para diversos elementos de inspección de piezas forjadas

III. Métodos de inspección de la calidad de la forja

1. Inspección de la geometría y las dimensiones de la forja

El contenido de la inspección de la geometría y las dimensiones de la forja incluye:

• Dimensiones de la longitud de forja;
• Altura de forjado (o tamaño transversal) y diámetro;
• Espesor de forja;
• Radio de forja cilíndrico y de filete;
• Ángulo de forja;
• Apertura de forja;
• Desalineación de la forja;
• Desviación de la forja;
• Perpendicularidad del plano de forja;
• Forjar el paralelismo.

La forma geométrica y el tamaño de la forja pueden medirse con herramientas de medición generales, como calibres, micrómetros y calibradores vernier. En la producción en serie, pueden utilizarse para la inspección herramientas de medición especiales junto con calibres go/no-go, calibres de tapón y plantillas. En el caso de piezas forjadas con formas complejas y múltiples áreas o elementos de inspección, pueden utilizarse instrumentos especiales o plantillas para la inspección.

2. Métodos de inspección de la calidad de la superficie de forja

Tabla 7 Métodos de inspección de la calidad de la superficie de forja

3. Métodos de inspección de la calidad interna de las piezas forjadas

Cuadro 8 Métodos de control de la calidad interna de las piezas forjadas

Los ensayos no destructivos pueden detectar defectos superficiales o internos de las piezas forjadas sin dañarlas. Los ensayos no destructivos son muy adecuados para piezas de forja importantes con requisitos de calidad estrictos, y en la Tabla 9 se muestra una comparación de varios métodos de ensayo no destructivos comunes.

Cuadro 9 Comparación de varios métodos de ensayo no destructivos

4. Métodos de inspección de las propiedades mecánicas de la forja

Tabla 10 Métodos de inspección de las propiedades mecánicas de la forja

IV. Control de calidad de la forja

1. Contenido principal y métodos de control de calidad de la forja

Para garantizar que la forja tenga la precisión dimensional y los requisitos de rendimiento mecánico especificados en el plano de forja, es necesario controlar la calidad de la forja, es decir, controlar todo el proceso de producción, desde la materia prima hasta el tratamiento térmico posterior a la forja, para garantizar la estabilidad de la calidad de producción y la consistencia del producto.

El control de calidad de la forja incluye: la inspección de entrada (materias primas), la inspección intermedia (productos semiacabados), la inspección final (piezas forjadas acabadas) y el control de los medios de producción, como herramientas, equipos y herramientas de ajuste, inspección y medición.

El proceso de calentamiento previo a la forja y el proceso de tratamiento térmico posterior a la forja son procesos especiales, cuyas características de calidad no pueden medirse con precisión ni de forma económica, por lo que dependen principalmente de un estricto control de los parámetros del proceso para garantizar la calidad.

El control de calidad de la forja se muestra en la Tabla 11.

Cuadro 11 Control de calidad de las piezas forjadas

2. Métodos de corrección de defectos en piezas forjadas

Cuadro 12 Métodos de corrección de defectos en piezas forjadas